Mg/Fe氧化物修饰的生物炭纳米复合材料在去除抗生素中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种Mg/Fe氧化物修饰的生物炭纳米复合材料在去除抗生素中的应用，Mg/Fe氧化物修饰的生物炭纳米复合材料以生物炭为基体，在生物炭表面负载Mg/Fe氧化物；其应用方法为：将Mg/Fe氧化物修饰的生物炭纳米复合材料与过硫酸铵和抗生素溶液混合、反应，完成抗生素的去除。本发明专利技术中Mg/Fe氧化物修饰的生物炭纳米复合材料具有低价高效、可大规模生产、具有强吸附能力且能迅速实现固液分离的、环境友好等优势，应用于活化过硫酸盐降解水体中的抗生素污染，去除效果好，反应速度快。

Application of mg / Fe oxide modified biochar nanocomposites in the removal of antibiotics

【技术实现步骤摘要】
Mg/Fe氧化物修饰的生物炭纳米复合材料在去除抗生素中的应用
本专利技术涉及材料
，特别涉及一种Mg/Fe氧化物修饰的生物炭纳米复合材料在去除抗生素中的应用。
技术介绍
随着经济的快速发展，产业结构的不断调整，畜禽养殖业正日益向着集约化、规模化方向发展。为了预防和治疗细菌性疾病以及促进动物生长，抗生素被广泛用于畜禽养殖、水产养殖等农业生产活动中，大量的抗生素污染物排放到水体中，这些污染物数量庞大、生物降解速率慢，在实际水体不断富集，引起了水体和底泥中的微生物、藻类、无脊椎动物、鱼类及两栖类动物等慢性中毒，造成了严重的有机污染，诱导环境微生物产生抗生素抗性基因(ARGs)，并可通过基因水平转移在菌群中传播，引起忍耐抗性菌群的大量产生，对人类和动植物均有毒性作用。因此，探索一种经济高效的用于养殖废水排水前的抗生素去除的技术非常必要，去除养殖废水中的抗生素迫在眉睫。一般的养殖废水处理方法有吸附法、生物去除法、光催化降解法、声波降解法、催化氧化法和膜去除法等。其中，吸附法具有设备简单、操作方便、价格低廉和性能高效等优点，在实际的污水处理中已有应用。此外，基于过硫酸盐活化的高级氧化，结合吸附法降解水体有机污染物的方法，在当下受到了广泛的关注。该方法中，活化过硫酸盐形成活性自由基，以及调控自由基产出与性质是其用于污染物去除的关键。现阶段硫酸根自由基高级氧化法在水处理的应用中也依存在着一些不足：一些方法反应条件极端、能源和化学物质消耗大同时存在二次污染风险，无法投入大规模的水处理。此外，实际水体中含有多种干扰离子(氢氧根离子、氯离子，碳酸根离子等)和天然有机物，消耗过硫酸根自由基，减少其与抗生素污染的作用量，处理效果受到影响；因此，探索出一种经济高效的用于活化过硫酸盐处理含抗生素污染水体的技术十分必要。生物炭作为一种新兴的吸附材料，具有来源广、造价低等有点，但吸附效率低一直是限制生物炭广泛应用的障碍。生物炭(biomass-derivedblackcarbon或biochar)是农业废物等生物质资源化利用，在缺氧或无氧条件下经高温慢速热解(通常＜700℃)产生的一类难熔的、稳定的、高度芳香化的且富含碳素的固态物质，是一种极具应用潜力的多功能炭质材料，其具有孔隙结构良好、比表面积大、孔容量大、阳离子交换量高、吸附性较强、稳定性高以及活性官能团结构丰富等特性，目前正逐渐成为土壤学、农学和环境科学等领域的研究热点，在污染治理、水体净化等方面已得到了广泛的研究与应用。生物炭原料来源广泛，建材木屑、作物秸秆、树木残体、家畜粪便、污泥等都可以作为生物炭原料。随着农业、种植业的快速发展，稻草秸秆、玉米秸秆等农地废弃生物质产量日益增大，难以回收处理，常规的焚烧处理法，容易对环境造成污染。因此，以玉米秸秆为原料制备生物炭有以下优点：第一，原料来源广，产量大，可用于大规模生产；第二，减少农地秸秆生物质的废弃与焚烧，并减少了其对大气、土壤与地下水造成的污染；第三，以玉米秸秆制备而成的生物炭，含有丰富的孔结构，且灰分含量不高，通过对水体抗生素的吸附等一系列反应，可以降低抗生素在水体的迁移性和毒性，大量研究表面，生物炭作为吸附剂，对环境中抗生素污染具有较好的去除能力。同时玉米秸秆生物炭含有各种含氧活性官能团，比如羧基、羟基和羰基等，这邪恶官能团能够活化过硫酸盐产生SO4·-，可以实现水体抗生素的高效去除与高度矿化，从而达到有效控制水体中抗生素污染的目的。但是原始的生物炭在实际使用过程中存在以下问题：第一，反应速率慢，需要较长的反应时间，生物炭才能对抗生素达到吸附平衡，达到较高吸附效果，因此不能及时有效的去除水体中的抗生素污染。第二，原始生物炭比表面积、孔体积以及孔径相对较小，抗生素去除效率不高，孔特性、功能性相对于常规炭质材料(比如活性炭、碳纳米管、石墨烯等)存在不足；第三，生物炭的特殊功能与其孔隙结构、比表面积、表面活性官能团、灰分含量、芳香化程度等特征有密切关系，而这些特征受生物炭制备原料、制备工艺和热解条件等因素的影响很大，未改性或者功能化修饰的生物炭具有的吸附位点、活性位点有限，限制了其在实际废水处理中的应用；第四，原始生物炭对水体中抗生素吸附完成后，不具备分离特性，不能在水体中实现快速固液分离，具有造成二次污染的风险。因此，为进一步提高玉米秸秆生物炭的性能，可对其进行活性改性，进一步研究出一种经改性的玉米秸秆生物炭，使其既能快速达到吸附平衡，又具有丰富的吸附位点、活性位点，能高效的去除水体中的抗生素，同时还具备特殊的分离特性，以实现水体中材料的快速固液分离，降低材料的二次污染风险。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种Mg/Fe氧化物修饰的生物炭纳米复合材料在去除抗生素中的应用，Mg/Fe氧化物修饰的生物炭纳米复合材料低价高效、可大规模生产、具有强吸附能力且能迅速实现固液分离的、环境友好型的Mg/Fe氧化物修饰的生物炭纳米复合材料，应用于活化过硫酸盐降解水体中的抗生素污染，去除效果好，反应速度快。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种Mg/Fe氧化物修饰的生物炭纳米复合材料在去除抗生素中的应用，所述Mg/Fe氧化物修饰的生物炭纳米复合材料以生物炭为基体，在所述生物炭表面负载Mg/Fe氧化物；所述应用方法为：将所述Mg/Fe氧化物修饰的生物炭纳米复合材料与过硫酸铵和抗生素溶液混合、反应，完成抗生素的去除。上述的应用，进一步的，所述Mg/Fe氧化物与所述生物炭材料的质量比0.64～1.92﹕1。上述的应用，进一步的，所述Mg/Fe氧化物修饰的生物炭纳米复合材料的比表面积为231m2/g～282m2/g，孔体积为0.1cm3/g～0.3cm3/g，孔平均粒径为2nm～3nm，饱和磁强度为32emu·g-1～39emu·g-1。上述的应用，进一步的，所述Mg/Fe氧化物修饰的生物炭纳米复合材料采用以下方法制备得到：S1、将农林废弃物粉碎后混悬在水中得到混悬液A；S2、在所述混悬液A中加入Mg2+和Fe3+，搅拌分散得到混悬液B；S3、将所述混悬液B进行老化，共沉淀获得生物质铁镁改性复合物；S4、将所述生物质铁镁改性复合物在惰性气氛下进行热解得到Mg/Fe氧化物修饰的生物炭纳米复合材料。上述的应用，进一步的，所述S1具体为：S1-1、将农林废弃物烘干至含水率为10％～15％，粉碎、过筛得到粉末；S1-2、将所述粉末加入到去离子水中，以200～300r/min的速度在25℃恒温水震荡箱中搅拌分散20min～30min得到混合悬液A；和/或，所述农林废弃物为玉米秸秆、稻草秸秆、竹屑、苎麻秸秆中的一种或多种。上述的应用，进一步的，所述S2中上述的应用，进一步的，所述S2中所述搅拌分散过程中，搅拌的速度为400r/min～600r/min，搅拌时间为20min～30min。上述的应用，进一步的，所述S3中所述老化具体为：将混合悬液B置于60～70℃恒温水浴锅中以500r/min～700r/min搅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Mg/Fe氧化物修饰的生物炭纳米复合材料在去除抗生素中的应用，其特征在于，所述Mg/Fe氧化物修饰的生物炭纳米复合材料以生物炭为基体，在所述生物炭表面负载Mg/Fe氧化物；/n所述应用方法为：将所述Mg/Fe氧化物修饰的生物炭纳米复合材料与过硫酸铵和抗生素溶液混合、反应，完成抗生素的去除。/n

【技术特征摘要】
1.一种Mg/Fe氧化物修饰的生物炭纳米复合材料在去除抗生素中的应用，其特征在于，所述Mg/Fe氧化物修饰的生物炭纳米复合材料以生物炭为基体，在所述生物炭表面负载Mg/Fe氧化物；
所述应用方法为：将所述Mg/Fe氧化物修饰的生物炭纳米复合材料与过硫酸铵和抗生素溶液混合、反应，完成抗生素的去除。


2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述Mg/Fe氧化物与所述生物炭材料的质量比0.64～1.92﹕1。


3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述Mg/Fe氧化物修饰的生物炭纳米复合材料的比表面积为231m2/g～282m2/g，孔体积为0.1cm3/g～0.3cm3/g，孔平均粒径为2nm～3nm，饱和磁强度为32emu·g-1～39emu·g-1。


4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述Mg/Fe氧化物修饰的生物炭纳米复合材料采用以下方法制备得到：
S1、将农林废弃物粉碎后混悬在水中得到混悬液A；
S2、在所述混悬液A中加入Mg2+和Fe3+，搅拌分散得到混悬液B；
S3、将所述混悬液B进行老化，共沉淀获得生物质铁镁改性复合物；
S4、将所述生物质铁镁改性复合物在惰性气氛下进行热解得到Mg/Fe氧化物修饰的生物炭纳米复合材料。


5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述S1具体为：
S1-1、将农林废弃物烘干至含水率为10％～...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦钒治，张辰，曾光明，黄丹莲，王荣忠，彭一娇，宋歌，方清萱，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43